Acquisition, Traitement et Rendu d’Objets Complexes – ATROCO

Les algorithmes permettant le rendu réaliste d'images de synthèse ont de nombreuses applications,
telles que la re-création d'héritages culturels disparus, la création d'effets spéciaux pour le cinéma, ou
bien le prototypage virtuel pour les jeus vidéo. Le point commun de toutes ces applications est la
nécessité d'obtenir des images de plus en plus réalistes, à l'aide de modèles aux aussi de plus en plus
réalistes. Cependant, ces modèles sont excessivement complexes car ils sont définis par un maillage
polygonal basé sur un très grand nombre de polygones. En conséquence, ils sont difficiles à
représenter, et il faut à un créateur professionnel plusieurs jours ou semaines de travail pour créer le
modèle 3D d'un objet complexe tel qu'une statue. En plus de cette complexité géométrique, le champ de
réflectance de l'objet doit aussi être précisément représenté. Des textures sont généralement utilisées à
cette fin, mais des textures réalistes tendent à être très complexes car elles définissent une fonction à
six dimensions représentant les propriétés de réflectance de chaque point de la surface. Ensemble, la
géométrie et la réflectance posent donc des problèmes significatifs en termes de stockage et de
traitement en temps réel.
L'idée principale de ce projet de recherche est de révolutionner la chaîne de traitements classique de la
synthèse d'images réalistes : plutôt que devoir construire un modèle polygonal d'un objet existant, nous
souhaitons que le modèle soit créé directement et automatiquement à partir de l'objet. De nombreux
outils existent pour créer des modèles numériques d'objets existants, mais ils requièrent des
interventions fréquentes d'un utilisateur expert contrôlant attentivement l'éclairage et effectuant un long
post-traitement. Les modèles créés sont généralement des surfaces polygonales de très haute
définition, inutilisables pour des affichages en temps réel sur des cartes graphiques standards. De plus,
l'apparence, les couleurs, matériaux et textures des objets doivent être acquis par d'autres processus.
Notre but est de simplifier la chaîne complète des traitements, de l'acquisition au rendu :
- Développer de méthodes d'acquisition qui nécessitent peu d'interventions humaines, et qui
peuvent être mises en oeuvre aisément par des utilisateurs novices. Ces méthodes doivent permettre
d'acquérir simultanément la géométrie et l'apparence des objets.
- Effectuer un post-traitement sur les données créées lors de la première étape afin de rendre
ces données utilisables pour un affichage en temps réel, avec une combinaison de représentations
géométriques et basées image.
- Réaliser un rendu réaliste de ces modèles, et une incrustation dans un monde réel. Cette étape
nécessite de simuler l'éclairage de scènes complexes. La seule complexité des modèles rendrait leur
rendu très difficile, et la simulation de la propagation de la lumière à l'intérieur ainsi que leur interaction
avec l'environnement la rend encore plus difficile.
Ces trois tâches sont plus interdépendantes qu'elles ne le semblent au premier abord. Par exemple,
l'acquisition de la géométrie d'un modèle suppose des hypothèses fortes sur le matériau qui le compose
et sur l'éclairage auquel il est soumis. La possibilité d'effectuer une simulation de l'illumination de ce
modèle permettra de valider ces hypothèses et permettra ainsi la création d'un modèle plus fidèle à la
réalité.
Notre projet de recherche possède plusieurs applications. Celles que nous envisageons en premier lieu
et liée à l'héritage culturel, à la fois à des fins d'archivage digital et de mise à disposition au public. Mais
notre projet présente aussi des utilisations potentielles dans toutes les applications qui nécessitent la
présence d'un objet réel dans un monde virtuel, telles que la réalité augmentée et les jeux vidéo.